(57)【要約】【課題】  フラッシュランプから照射される光の検出を長期にわたって確実かつ簡便に検出することができるフラッシュランプ発光装置を提供すること。【解決手段】  発光管の内部に一対の電極が対向配置されたフラッシュランプと、フラッシュランプを点灯する電源装置と、その内部に当該フラッシュランプを配置するためのランプ配置空間を有する筺体と、フラッシュランプ点灯時に発生する音圧を計測する音圧計測手段と、前記音圧計測手段による計測手段に基づいて、動作状態を検出する動作状態判別手段とを備えることを特徴とする。【選択図】    図１
2006269596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の内部に一対の電極が対向配置されたフラッシュランプと、
フラッシュランプを点灯する電源装置と、
その内部に当該フラッシュランプを配置するためのランプ配置空間を有する筺体と、
フラッシュランプ点灯時に発生する音圧を計測する音圧計測手段と、
前記音圧計測手段による計測手段に基づいて、動作状態を検出する動作状態判別手段と、
を備えることを特徴とするフラッシュランプ発光装置。
【請求項２】
前記音圧計測手段において、所定の処理を満足するときの前記フラッシュランプ点灯時、得られる音圧波形を標準音圧波形とし、前記動作状態検出手段は、前記音圧計測手段による計測結果と前記標準音圧波形とを比較して前記フラッシュランプの発光状態を検出することを特徴とする請求項１に記載のフラッシュランプ発光装置。
【請求項３】
前記音圧計測手段において、所定の処理を満足するときの前記フラッシュランプ点灯時、得られる音圧波形を標準音圧波形とし、前記動作状態判別手段は、前記音圧計測手段による計測結果と前記標準音圧波形とを比較して前記フラッシュランプ発光装置の異常を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のフラッシュランプ発光装置。
【請求項４】
フラッシュランプ発光装置の動作状態において、所定の基準を満足しない音圧波形が得られたときに所定の対応を行う異常対応手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフラッシュランプ発光装置。
【請求項５】
前記音圧を計測する音圧計測手段は、フラッシュランプからの光が直接照射されない場所に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフラッシュランプ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュランプ発光装置に関し、特に、半導体製造や薄膜トランジスタ製造、液晶基板等の熱処理用の熱源等に用いられるフラッシュランプ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造や薄膜トランジスタ製造において、フラッシュランプを用いてアニール処理する技術の開発が進められている。例えば最先端ロジックＬＳＩでは、半導体ウエハ表層の１０〜１５ｎｍの深さに打ち込んだイオン濃度プロファイルを動かすことなく、高濃度に活性化させるために、所定の間隔でフラッシュランプを照射し、アニール処理を完了させるために、フラッシュランプを用いた発光装置が使用される。半導体基板をアニール処理するためには、基板の表層部分を１０００℃程度にまで、しかも当該半導体ウエハの全面にわたって温度均一性が高い状態で加熱することが必要とされる。
【０００３】
被処理物の表面層のみを高温に加熱することは、フラッシュランプよりの閃光を被処理物に照射する方法によって好適に達成することができるが、フラッシュランプは、通常、棒状であるため、単独では半導体ウエハの全面を温度均一性が高い状態に加熱することができない。そこで、棒状のフラッシュランプの複数を平行に並んだ状態に配置してなるフラッシュランプ発光装置を用いることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
このような、複数のランプを配列したフラッシュランプ発光装置においては、ランプユニットの管理を行わないとそれらのうち１本でも劣化が生じると、半導体ウエハに対して均一に所定の処理が施されなくなる。このため、ランプの点灯状態をモニタリングすることが必要であり、発光状態を管理する手段を設けたものも提案されている。
【０００５】
例えば、フラッシュランプ点灯時における電流特性を監視することによってフラッシュランプの異常を検出する手法が提案されている。しかし、フラッシュランプの劣化の要因には、電極のスパッタに起因したガラス管の黒化など、ランプの点灯状態とは別の要因によって光強度が低下する場合があり、電流特性を監視してもこのような現象によるフラッシュランプの劣化を検知することができない、という問題がある。
【０００６】
このような事情に鑑み、光ファイバーをフラッシュランプ近傍に設置し、受光した光を電気信号に変えて、発光状態を検出する手法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、フラッシュランプ発光装置を半導体ウエハの加熱の用途に使用する場合、ランプが駆動されたときに、バルブの内部で発生するプラズマから、紫外領域から遠赤外領域の広範な波長領域にわたる非常に強力な光が放射されるため、フラッシュランプの近距離に検出器を設置した場合、検出器における検出部がランプからの強烈な光に曝されることによって劣化を生じ、目的とするモニタリングが正確に行えなくなる、という問題を生じる。
【０００８】
このようなフラッシュランプの発光は、特許文献３にも開示されるように、ランプの周囲の空気を急激に熱膨張させて非常に大きな音圧の衝撃を発生させるほど極めて強力なものである。
【０００９】
ランプの発光強度が比較的低い場合や、複数ランプを一斉に駆動させない場合、適宜の受光素子を用いたランプの発光状態の検出は、確実かつ簡便に行えて好適な手法である。
而して、近年における大口径の半導体ウエハに対処するためには、多数のフラッシュランプを並べて一斉に駆動することが必要とされ、しかも、半導体ウエハに対して所定の加熱処理を完遂させるために、ランプ点灯時における瞬時の発光強度が、一層高いものが要求されており、このような状況のもと、ランプの発光状態を、受光素子を用いて、長期に亘り正確にモニタリングすることは、技術的に極めて困難となっているのが実状である。
【特許文献１】特開２００４−３２７３５９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４０７１号公報
【特許文献３】特開２００３−１７４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、フラッシュランプの発光と同時に発生する炸裂音との関係について発明者らが鋭意検討し、炸裂音の原因が、フラッシュランプが配置されている筐体内部の雰囲気中に存在する水蒸気および酸素が、当該フラッシュランプから放射される真空紫外光あるいは赤外光を吸収することによって温められ、筐体内部の圧力が急激に上昇することにあることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。本発明の目的は、フラッシュランプから照射される光の検出を、長期にわたって確実かつ簡便に検出することができるフラッシュランプ発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のフラッシュランプ発光装置は、発光管の内部に一対の電極が対向配置されたフラッシュランプと、フラッシュランプを点灯する電源装置と、その内部に当該フラッシュランプを配置するためのランプ配置空間を有する筺体と、フラッシュランプ点灯時に発生する音圧を計測する音圧計測手段と、前記音圧計測手段による計測手段に基づいて、動作状態を判別する動作状態判別手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本願第２の発明のフラッシュランプ発光装置は、前記音圧計測手段において、所定の処理を満足するときの前記フラッシュランプ点灯時、得られる音圧波形を標準音圧波形とし、前記動作状態判別手段は、前記音圧計測手段による計測結果と前記標準音圧波形とを比較して前記フラッシュランプの発光状態を検出することを特徴とする。
【００１３】
また、本願第３の発明のフラッシュランプ発光装置は、前記音圧計測手段において、所定の処理を満足するときの前記フラッシュランプ点灯時、得られる音圧波形を標準音圧波形とし、前記動作状態判別手段は、前記音圧計測手段による計測結果と前記標準音圧波形とを比較して前記フラッシュランプ発光装置の異常を検出することを特徴とする。
【００１４】
また、本願第４の発明のフラッシュランプ発光装置は、フラッシュランプ発光装置の動作状態において、所定の基準を満足しない音圧波形が得られたときに所定の対応を行う異常対応手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本願第５の発明のフラッシュランプ発光装置は、前記音圧を計測する音圧計測手段は、フラッシュランプからの光が直接照射されない場所に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のフラッシュランプ発光装置は、フラッシュランプから放射される真空紫外光及び赤外光を、筐体内部雰囲気にある酸素及び水蒸気が吸収して、当該酸素及び水蒸気が熱膨張した結果発生する炸裂音を検出し、その音圧レベルの変動を解析し、その結果に基づいてランプの点灯状態を判別するようにしたので、ランプからの放射光を直接検出することなく、発光状態を検知することが可能で、発光管のバルブの黒化、白濁などに由来した発光強度の低下も検知することができ、しかも、ランプ極近傍に受光素子を設置する必要がないため、受光素子の劣化に伴う検出精度の低下も回避でき、フラッシュランプから照射される光の検出を、長期にわたって確実かつ簡便に検出することが可能になる。
また、電源の異常やランプやリフレクタの固定治具の緩み等の問題も検出することができ、更に、検出された動作異常状態に応じて所定の対応を行う手段を具備することで、フラッシュランプ発光装置が異常状態で継続して使用されることを回避でき、信頼性の高い装置になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に本願請求項１の発明に係る一実施例のフラッシュランプ発光装置の概略図を示す。
この例のフラッシュランプ発光装置１０は、下面板１２Ａ、上面板１２Ｂ、並びに、外周側壁板よりなる全体が直方体の形状に構成された筐体１２を備えてなり、水平方向に延びる下面板１２Ａには、これに形成された開口が、石英ガラス板によって塞がれることにより、光放射窓１４が設けられている。この筐体１２の材料としては、例えばアルミニウム板またはステンレス鋼板が用いられる。
【００１８】
筐体１２の内部には各々直線状に伸びる棒状のフラッシュランプ２０の多数（同図においては６本）が、水平面内において互いに平行に並んだ状態に配置されている。これらのフラッシュランプ２０の各々に対応して凹状溝若しくは樋状溝を有する、例えばアルミニウム製のリフレクタ２１が筐体１２とフラッシュランプ２０との間に配置されており、筐体上面板１２Ｂの下面に適宜の支持部材（図示せず）によって支持されている。フラッシュランプ２０は、特に制限されるものではないが、通常、一対のタングステン製もしくは、タングステンを主成分とした電極がバルブ内に配置されてなり、キセノンなどの発光ガスが封入されてなるものが用いられる。このフラッシュランプ２０は、例えば、４ｋＪもの高い入力エネルギーで点灯される。
【００１９】
筐体１２の内部には、湿度センサ３０、酸素濃度センサ３１および音圧センサ４１が配設されている。フラッシュランプ発光装置駆動時に発生した音圧変化は、音圧センサ４１を含む音圧計測手段４０にて検出される。音圧センサ４１は、例えばマイクロフォンが使用される。また、湿度センサ３０、酸素濃度センサ３１は筐体１２内部の雰囲気を監視するためのものであって、それぞれ、湿度と酸素濃度を検出して音圧計測手段４０内部に具備された補正回路４４に送信する。
なお、同図中の符号３３はリード線の中継部材であり、前記センサ３０，３１，４１および各ランプから導出されたリード線はこの中継部材３３に集約されて筐体１２外部に導出される。そして各リード線は前述した音圧計測手段４０や点灯電源２２等、所定の装置に導かれる。
【００２０】
音圧計測手段４０は、内部に更に、音圧波形測定回路４２と、絶対値変換回路４３とが具備されて構成されている。
音圧波形測定回路４２は、例えば音圧センサ４１で捉えた音圧波形のデジタルデータを作成する。
絶対値変換回路４３は、このデジタルデータを絶対音圧に値付けしたものに変換する。
【００２１】
補正回路４４は、パージ室内温度における飽和水蒸気圧と湿度センサ３０からの湿度データに基づいて算出された水蒸気圧データと、酸素濃度センサ３１からの酸素濃度データとを、その筐体内の温度標準音圧波形（後段で説明する。）測定時における状態（以下、「標準測定状態」という。）の水蒸気圧あるいは酸素濃度と比較する。そして、それぞれのデータを照合した結果、差異がある場合には、先に絶対値変換回路４３で得た絶対音圧に値付けされた音圧波形を、標準測定状態下における音圧波形（音圧値）に変換（補正）する。
ここで音圧波形（音圧値）の変換が必要な理由は、フラッシュランプ点灯時の炸裂音は、上述したように、フラッシュランプから放射される真空紫外光および赤外光を、筐体内部雰囲気にある酸素および水蒸気が吸収して、当該酸素および水蒸気が熱膨張した結果、発生するものであるため、筺体１２内の水蒸気圧および酸素濃度が変化すれば、その発生音圧も変化する。すなわち、光強度一定でも、水蒸気圧や酸素濃度によって音圧波形（音圧値）が変わるので、補正回路４４によってこれを補正する。ここでの補正によって、後段におけるフラッシュランプ発光装置の動作状態判別手段５０（以下、簡単に「動作状態判別手段５０」という。）における判別精度をよりいっそう向上させることができる。
【００２２】
音圧計測手段４０の後ろには、動作状態判別手段５０が配置されている。かかる動作状態判別手段５０は、動作状態判別回路５１が具備されており、点灯電源２２からのランプ点灯開始信号を受信すると共に音圧計測手段４０からの出力値を受信すると、音圧波形の音圧値、点灯開始時刻から音圧発生までのタイミング、音圧周波数成分を解析して、フラッシュランプ発光装置の動作状態を判別する。具体的には、動作状態判別手段５０には、例えば磁気ディスクのような記録媒体（図示省略）が具備されており、照射状態が所定の基準を満足するときのフラッシュランプ点灯時の音圧波形が、予め標準音圧波形として記憶され、フラッシュランプ２０を点灯させる毎もしくは所定の間隔毎に、音圧センサ４１でひろった音圧波形と標準音圧波形とを照合、もしくは規格化することで、標準音圧波形の音圧値、点灯開始時刻、音圧周波数成分とを比較しフラッシュランプ発光装置の動作状態が良好であったか判別を行う。（なおこの標準音圧波形を測定したときの雰囲気状態が上述した「標準測定状態」である。）
【００２３】
図３は、音圧波形測定回路４２において作成されたデジタルデータの音圧波形の一例である。
横軸は時間、縦軸は発生した音圧を示す。ランプの点灯時刻は０ｓ時点であり、これは例えばランプの点灯電源からの点灯開始信号に基づいて決定される。なお点灯開始時刻は、フラッシュランプ２０の点灯のタイミングと同期する信号であれば、適宜置換可能である。例えば、ランプ始動用のトリガー電極（不図示）への入力開始信号を適用してもよい。なおここで用いた音圧センサ４１は、音圧検出面に押す力が加わった場合、正の信号を出す音圧センサである。フラッシュランプ点灯時の音は、酸素および水蒸気が真空紫外光ならびに赤外光を吸収し、膨張することによって発生するため、同図においては正の部分が光によって発生した音圧を示す。
ランプ点灯開始すると、図３の音圧波形に示すように、音が音圧センサ４１に到達するまでの間の微小時間を経過してから（ａ）の時刻より音圧が発生し、時刻（ｂ）で最大音圧値に到達する。
【００２４】
図１、図２と共に本発明の基本動作を説明する。図２は、本発明に係るフラッシュランプ発光装置の動作状態判別動作を説明する流れ図である。
ランプの点灯電源２２からランプの点灯の開始信号が送信されてランプが点灯すると、筐体１２内部雰囲気中に存在する水蒸気がフラッシュランプから放射される真空紫外光および赤外光を吸収することによって温められると共に、当該雰囲気中に存在する酸素がフラッシュランプから放射される真空紫外光を吸収することによって温められることに起因して、筐体１２内部の圧力が急激に上昇し、結果として炸裂音が発生する。
【００２５】
音圧センサ４１は、フラッシュランプ２０点灯時に発生するこの炸裂音をモニタする。音圧センサ４１で捉えた信号は、音圧波形測定回路４２に送信され、デジタルデータが作成される。更に、このデータを絶対音圧値変換回路４３に通すことにより、絶対音圧に値付けされたものに変換される。
一方、湿度センサ３０からの湿度データと酸素濃度センサ３１からの酸素濃度データが、補正回路４４に送信される。補正回路４４は、湿度データと筐体内部の温度における飽和水蒸気圧から水蒸気圧を算出する。そして、この水蒸気圧および酸素濃度を、標準測定状態における水蒸気圧および酸素濃度とそれぞれ照合し、いずれか１つでも異なっていた場合、絶対値変換回路４３で得られた音圧波形（音圧値）を、標準測定状態における音圧波形（音圧値）に変換（補正）して、そのデジタル信号を、後述の動作状態判別手段５０に送信する。
【００２６】
動作状態判別手段５０は、点灯電源２２からのランプ点灯開始信号を受信すると共に音圧計測手段４０からの出力値（補正回路４４からのデジタル信号）を受信すると、動作状態判別回路５１が、予め記録させておいてた標準音圧波形と照合、もしくは規格化して、フラッシュランプ発光装置の動作状態が良好であったか判別を行う。
（１）音圧値、音圧周波数成分が得られない（音圧値が０（ゼロ）である）場合、ランプからの発光が得られなかったすなわち、ランプは不点灯であったことが分かる。
（２）点灯開始時刻から所定のタイミングで音圧値が得られ、その音圧波形が正常であったが、音圧値が標準音圧値と比較して極端に低い値を示した場合、照度が低下したと分かり、発光管が過度に汚れたか、あるいは複数ランプの中に点灯しなかったものがあったことが分かる。
（３）点灯開始から所定のタイミングである音圧値が得られたものの、その音圧波形が標準波形と大きく異なるような場合は、ランプの発光以外に音源があるとして、電源やランプの異常（ショート、破裂等）があったと分かる。
（４）更に点灯開始時刻と音圧発生までのタイミングが標準値よりも大幅にずれて測定された場合、所定のタイミングでフラッシュランプが点灯されていないことを示すため、点灯回路に異常があると判断する。
そして、動作状態判別手段からの判別結果が、ディスプレイなどから構成される表示部６０に送信され、点灯状態が良好か否か表示される。その際、例えば上記（１）〜（４）に該当するような異常が検出されたときにはその旨の警告メッセージを表示させると共に、ランプ点灯電源にその信号を送信して、フラッシュランプ発光装置を停止する。
【００２７】
更に、動作状態判別回路５１においてランプの点灯／不点灯が判別され、ランプが点灯していることが確認されると、同動作状態判別回路５１においてその最大音圧値（図３（ｂ））が読み取られる。そして、例えば、標準音圧波形の最大値を１としたときの音圧比が０．９５以下となると、ランプが劣化（光量低下）している旨の警告メッセージを表示部６１に表示させる。
更に強度比が低下した場合、例えば音圧比が０．９０以下となると、動作状態判別回路５１がランプの劣化（光量低下）が重度であると判断し、上述の警告メッセージを表示させると共に、ランプ点灯電源にその信号を送信して、フラッシュランプ発光装置を停止する。
しかる後、作業者の手により装置停止時にフラッシュランプの交換が行われるが、最初に警告が発せられた段階でフラッシュランプの交換を行うのが好ましい。
【００２８】
ここで、動作状態判別回路５１による動作状態の判定方法について解説する。
図４〜図７はいずれも、音圧計測手段４０から動作状態判別手段５０に送信された音圧波形（測定音圧波形）の類型を、標準音圧波形と共に示した図である。横軸は点灯開始信号の発生時を０ｓとした時間であり、縦軸は音圧である。また、図中の曲線Ｆ（ｔ）は標準音圧波形、Ｇ（ｔ）は測定音圧波形である。音圧センサは図３の音圧波形を得たときに用いたものと同じものであり、すなわち、音圧検出面に押す力が加わった場合、正の信号を出す音圧センサであって、正の部分が光によって発生した音圧を示す。
また図中の符号ａ，ｂ，ｃはそれぞれ、標準音圧波形Ｆ（ｔ）における音圧発生時刻、最大音圧発生時刻、音圧発生後最初に音圧波形が時間軸と交差する時刻を示している。更に、符号ａ’，ｂ’，ｃ’はそれぞれ、測定音圧波形Ｇ（ｔ）における音圧発生時刻、最大音圧発生時刻、音圧発生後最初に音圧波形が時間軸と交差する時刻である。
【００２９】
＜１＞
図４は、標準音圧波形Ｆ（ｔ）の音圧発生のタイミング（ａ）および標準音圧波形Ｆ（ｔ）が時間軸と交差するタイミング（ｃ）と、測定音圧波形Ｇ（ｔ）の音圧発生のタイミング（ａ’）および測定音圧波形Ｇ（ｔ）が時間軸と交差するタイミング（ｃ’）が、いずれも同じであるが、最大音圧値Ｆ（ｂ）とＧ（ｂ’）の値が異なる波形である。同図のように標準音圧波形Ｆ（ｔ）よりも測定音圧波形Ｇ（ｔ）の最大音圧値が低下した場合、光強度が低下したことを示す。
標準光強度に対しての光強度の低下を定量化する場合、下記の数１の式による。
【００３０】
【数１】
2006269596.tif 000003
【００３１】
そして、この値が例えば９５％以下となれば、警告メッセージが表示され、９０以下となると、警告メッセージと供に、ランプ点灯電源にその信号を送信してフラッシュランプ発光装置を停止させる。
【００３２】
また、音圧波形が時間軸と交差する時間を読み取り、その時間間隔で音圧波形を下記の数２により積分し、これらの積分結果を用いて光強度低下を定量化することも可能である。上記数１による強度低下の定量に替えて、下記数２により定量化した値をもって強度低下を判断してもよい。
【００３３】
【数２】
2006269596.tif 000004
【００３４】
＜２＞
図５は前図、図４とは異なる音圧波形の一例である。
測定音圧波形Ｇ（ｔ）音圧発生のタイミング（ａ’）が標準音圧波形Ｆ（ｔ）の音圧発生のタイミング（ａ）と同じであるが、両波形の音圧成分曲線が横軸と交差するタイミング（ｃ’）、（ｃ）が異なっている。
かかる場合、音圧波形が時間軸と交差する時間を読み取り、その時間間隔を求めることで発生音源の違いを判断することができる。下記数３は時間間隔の算出方法を導く式である。これにより、これらの値が例えば９０以下もしくは１１０以上となれば、音源がフラッシュランプの発光とは異なると判断し、警告メッセージを表示する共にランプ点灯電源に、その信号を送信して、フラッシュランプ発光装置を停止させる。なお、図５の測定音圧波形Ｇ（ｔ）において、時刻ｃ’以降再び正の音圧を示す時間領域があるが、これは音が疎密波であるため生じる音圧であり、光に起因したものでない。
【００３５】
【数３】
2006269596.tif 000005
【００３６】
＜３＞
図６は更に異なる音圧波形の一例である。
測定音圧波形Ｇ（ｔ）と標準音圧波形Ｆ（ｔ）の波形形状がほぼ同じであるが、測定音圧波形Ｇ（ｔ）音圧発生のタイミング（ａ’）が標準音圧波形Ｆ（ｔ）の音圧発生のタイミング（ａ）よりもずれている。
下記数４により、測定音圧波形Ｇ（ｔ）の音圧波形が発生する時間（ａ’）の、標準音圧波形Ｆ（ｔ）に対するずれ量を求めることで、点灯のタイミングの異常を発見することができる。
これらの値が例えば９０％以下もしくは１１０％以上となれば、点灯回路やランプに異常があると判断し、警告メッセージを表示させると共に、ランプ点灯電源に、その信号を送信して、フラッシュランプ発光装置を停止させる。
【００３７】
【数４】
2006269596.tif 000006
【００３８】
＜４＞
図７（ａ）は更に異なる音圧波形の一例である。
測定音圧波形Ｇ（ｔ）は、フラッシュランプの発光によって発生した音圧波形に（標準音圧波形Ｆ（ｔ）の波形）に、別の周波数成分（この例では高周波成分）が重畳された態様の波形形状である。上記した数１〜数４による計算値が所定の基準を満たし、異常として検出できない場合がある。かかる場合、得られた音圧波形を例えばフーリエ解析により周波数解析することで音の周波数成分を分離する。
例えば、ランプやリフレクタの固定が緩む等の発光装置に関連した音は高周波成分の音を発生し、同図のようにフラッシュランプの発光による音圧波形に重畳して測定される。
図６（ｂ）は、フーリエ解析の結果を模式的に示す図である。同図（ｉ）はランプによる音の周波数のみが検出された例であり、（ｉｉ）は更に高周波側に別の周波数成分が検出された例である。このようにランプによる音以外の周波数成分が検出された場合、固定部の緩み等の発生があると判断し、警告メッセージを表示させると共に、ランプ点灯電源にその信号を送信してフラッシュランプ発光装置を停止させる。
このように、発光装置の固定部の緩み等の発生も検出することができる。
【００３９】
ラッシュランプ発光装置の動作状態判別回路は、先の音圧計測手段４０からのデータをもとに、標準波形Ｆ（ｔ）におけるタイミングａ，ｂ，ｃと、測定音圧波形Ｇ（ｔ）におけるタイミングａ’，ｂ’，ｃ’及び、それぞれの最大音圧値Ｆ（ｂ）、Ｇ（ｂ’）を読み取り、上述した数１（又は数２）、数３、数４までの計算を行って音圧波形の異常を検出すると共に、周波数解析により装置の異常の有無を検出し、その結果を表示部及びランプ点灯電源に送信する。
【００４０】
フラッシュランプ点灯時の炸裂音は光に起因して発生する。この光の強度と音圧レベルとは、一定の相関関係を有する（この関係については後段で詳述する）。この事実は、本発明者らの見出した知見によるものであって、本発明者らによってランプからの光強度が減少すると音圧レベルも低下することが明らかになった。従って、フラッシュランプ点灯時の炸裂音をモニタし、音圧計測手段からの出力値と予め設定された照射状態が所定の基準を満足するときの標準値とを比較することにより、白濁や黒化といった電流特性によった検出方法では異常が検出できないような不具合においても、安定に、そして確実に点灯確認を行うことができるようになる。
また、点灯開始時刻と音圧発生までのタイミングが標準値よりも大幅にずれて測定された場合は、所定のタイミングでフラッシュランプが点灯されていないことを示すため、点灯回路の異常であると判断できる。よって、点灯回路の異常も検出することができる。
そして、受光素子を用いないため、受光素子の劣化に伴う検出精度の低下も回避でき、フラッシュランプから照射される光の検出を、長期にわたって確実かつ簡便に検出することができる。
更に、検出された動作異常状態に応じて、警告メッセージの表示や装置の停止などといった所定の対応を行うため、フラッシュランプ発光装置が異常状態で継続して使用されることを回避でき、信頼性の高い装置になる。
【００４１】
以上において点灯の確認は、絶対音圧値ではなく相対値を用いて行っても良い。従って、相対値を比較して点灯状態を判別する場合は、絶対音圧値変換回路４３を、音圧計測手段４０から省略することもできる。またフラッシュランプ２０を構成する発光管が、真空紫外光を透過しない材料よりなる場合には、フラッシュランプ２０の駆動時に生じる炸裂音の一因である、ランプ配置空間の雰囲気中に存在する酸素がフラッシュランプ２０から放射される真空紫外光を吸収することによって温められることに起因して発生する音を抑えることができるため、酸素濃度センサ３１を設置する必要がない。更に、例えばフラッシュランプ発光装置が閉鎖系であるようにランプ配置空間内の水蒸気圧および酸素濃度変化が無い場合においては、補正回路４４を省略しても良い。
【００４２】
図８は、本発明の更に異なる実施形態を示す図である。この実施形態において図１で示した実施形態と相違する点は、音圧センサ４１の設置場所である。
本発明では、フラッシュランプ点灯時、放射される真空紫外光を点灯雰囲気中の酸素及び水蒸気ならびに赤外光を水蒸気が吸収し温められ、その圧力が急激に上昇することにより生じる炸裂音をモニタしている。従って、音圧センサ４１がランプからの発光を受光する必要がなく、音圧センサ４１をフラッシュランプ２０からの強力な光に直接曝されない位置、例えば、リフレクタ２１の後ろ側に配置すれば、当該センサ４１の光による劣化を回避することができる。なお、音圧センサ４１の設置場所によってランプ点灯開始から音圧センサ４１が音圧値を捉えるまでのタイミングも変わってくるため、音圧センサ４１の位置を固定した後に標準音圧波形を測定する必要もある。
フラッシュランプ２０の発光管全体が白濁や黒化したような場合において放射される光量が低下すれば、発生する炸裂音もまた低下する。従って、本発明によれば、音圧値を検出して標準値と照合しているため、フラッシュランプ２０からの光を受光しない構成でありながら、安定して確実に発光の確認を行うことが可能になる。
【００４３】
更に図９に本発明に係る別の実施形態のフラッシュランプ発光装置概略図を示す。
この実施形態においては、音圧センサ４１をフラッシュランプからの光が直接照射されない場所に配置するにあたり、筐体１２の外部に取り出して配置した例である。
このように音圧センサ４１を筐体１２の外側に設置すれば、筐体１２内に入れるよりも音圧センサ４１への熱的負荷も軽減させることができるので、より熱的な劣化に対する安全性をも確保できる。
なお、炸裂音は、音波が筐体１２を通過する分減衰されるのみであるので、音圧センサ４１を筐体１２の外側に設置したとしても、光検出手段として用いるのに何の問題も無い。なお筐体１２外部で発生した音圧変動は、音圧計測手段４０によって解析されて除去することができるため、外部に音源がある場合でも確実にランプの点灯状態を検出することができる。無論、この場合においても、標準音圧波形の測定には音圧センサ４１を所定位置に固定した状態後に行う。
【００４４】
ここで、赤外光強度と発生する音圧との関係を図１０に示す。これは発光管に真空紫外光を透過しないチタン（Ｔｉ）ドープした石英ガラスを用い、電極間距離５００ｍｍのフラッシュランプを作製して筐体内部に配置し、最大入力エネルギーを３．４ｋＪとし、これより入力エネルギーをほぼ等間隔に小さくして点灯させたものである。なお、筐体内部の雰囲気は大気であり、水蒸気圧は１４００Ｐａであった。
最大入力エネルギー時の赤外光強度を１としたときの各入力エネルギーにおける相対赤外光強度を横軸にとり、最大入力エネルギー時、発生した最大音圧を１としたときの各相対音圧を縦軸にとったものである。図中、参考までに傾き１の直線を実線にて書き入れてある。
【００４５】
これより、発生する音圧は、赤外光強度に比例することが分かる。これより赤外光の光量が低下すれば炸裂音も小さくなるので、電流特性の監視では、検知することができない発光管の汚れ等による異常も確実に知ることができる。更にフラッシュランプからの強力な光に直接曝されない位置から測定することができるので、光による検出器の劣化が生じることも防ぐことができる。
【００４６】
次に、炸裂音の発生メカニズムについて調べるために行った実験について説明する。
図１１は、実験に用いた実験装置の構成を概略的に示す説明図である。符号７１はパージ室であり、この中にはフラッシュランプ７２、音圧センサとしてのマイクロフォン７３、温度計７４、湿度計７５、酸素濃度計７６が設置される。ガス導入口７７よりエアー７８および窒素７９を導入する。エアー７８および窒素７９は、容器８０を介してパージ室中に導入しており、容器８０内に充填した水またはモレキュラーシーブを介することにより、パージ室内の湿度を変化させることができる。
ここでは、パージ室内の水蒸気は、パージ室内温度における飽和水蒸気圧と湿度から求めた。なお、エアー７８および窒素７９の流量を調整することにより、パージ室中の酸素濃度も変化させることができる。
【００４７】
図１１の実験系を用い、パージ室７１内部に、真空紫外光（波長２００ｎｍ以下の光）に対して透過性を有さない、チタン（Ｔｉ）ドープした石英ガラスよりなる発光管を用いたフラッシュランプ７２を用い、水蒸気圧を変化させた時発生した炸裂音の騒音レベルと水蒸気圧との関係を調べた。
このパージ室７１の内部の環境条件を、温度２６℃、酸素濃度２０体積％の一定条件の下で水蒸気圧を変化させながら、当該フラッシュランプ７２を１．６ｋＪの入力エネルギーで駆動させたときに生じる炸裂音の大きさを、当該フラッシュランプ７２との離間距離３０ｃｍの位置に配置したマイクロフォン７３によって測定した。
ここに、パージ室７１の内部の水蒸気圧は、当該パージ室７１の内部の湿度および温度２６℃における飽和水蒸気量に基づいて求めた。
この結果を、図１２に示す。同図に示すように水蒸気圧の減少に伴い、発生する騒音レベルも減少し、低い水蒸気圧においては大きく減衰することが見出された。
【００４８】
更に、図１１の実験系を用い、パージ室７１内部に、フラッシュランプ７２として真空紫外光を透過する材料である合成石英ガラスよりなる発光管を備えたものを用いると共に、水蒸気圧３００Ｐａの一定条件の下で酸素濃度を変化させながら、当該フラッシュランプ７２を駆動させて生じる炸裂音の大きさを測定した。なお、このパージ室７１の内部の環境条件を、温度２６℃、酸素濃度２０体積％の一定条件の下で水蒸気圧を変化させながら、当該フラッシュランプ７２を１．６ｋＪの入力エネルギーで駆動させたときに生じる炸裂音の大きさを、当該フラッシュランプ７２との離間距離３０ｃｍの位置に配置したマイクロフォン７３によって測定した。
次いで、水蒸気圧を２０００Ｐａの一定条件とした場合についても同様の測定を行った。
これらの結果を図１３に示す。図１３において、水蒸気圧が３００Ｐａである場合の測定結果を曲線（ア）で示し、水蒸気圧が２０００Ｐａである場合の測定結果を曲線（イ）で示した。この結果、水蒸気圧２０００Ｐａにおける騒音レベルと酸素濃度の関係を示す曲線水蒸気圧が２０００Ｐａと高い場合においては、酸素濃度を減少させても騒音レベルは殆ど減少しなかったが、水蒸気圧を３００Ｐａと低くし、酸素濃度を減少させていくとその騒音レベルも減少するということが見出された。
【００４９】
以上の実験の結果、（１）ランプ配置空間の雰囲気中に存在する水蒸気がフラッシュランプから放射される真空紫外光および赤外光を吸収することで発生すること、（２）真空紫外光を透過しない発光管を用いたフラッシュランプは、大気中の水蒸気が赤外光を吸収することで発生し、真空紫外光を透過する発光管を用いたフラッシュランプは、大気中の酸素および水蒸気を真空紫外光がならびに水蒸気を赤外光が吸収することで発生することが分かった。更に、筺体内の水蒸気圧および酸素濃度が変化すれば、その発生音圧も変化する、すなわち、光強度一定でも、水蒸気圧や酸素濃度によって音圧波形（音圧値）が変わることが分かった。
【００５０】
従って、本発明によれば、点灯時の炸裂音及び測定時の環境条件をモニタすることで、フラッシュランプの点灯確認や光量変化を検出することができ、従来より用いられてきた光検出器や電流特性の監視といった手法において生じていた問題を解決でき、より確実かつ簡便な構成のフラッシュランプ発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明におけるフラッシュランプ発光装置の１実施例の概略図を示す。
【図２】本発明におけるフラッシュランプ発光装置の動作手順を示す構成図である。
【図３】音圧波形の一例を示す図である。
【図４】音圧波形の比較を示す図である。
【図５】音圧波形の比較を示す図である。
【図６】音圧波形の比較を示す図である。
【図７】音圧波形の比較を示す図である。
【図８】本発明におけるフラッシュランプ発光装置の３実施例の概略図を示す。
【図９】本発明におけるフラッシュランプ発光装置の４実施例の概略図を示す。
【図１０】赤外相対光強度と相対音圧の関係を示す図である。
【図１１】本発明におけるフラッシュランプ発光装置の酸素濃度および水蒸気圧減少機能の１実施例の概略図を示す。
【図１２】実験例に係る水蒸気圧と音圧レベルとの関係を示すグラフである。
【図１３】実験例に係る酸素濃度と音圧レベルとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  フラッシュランプ発光装置
１２  筐体
１２Ａ  下面板
１２Ｂ  上面板
１４  光放射窓
２０  フラッシュランプ
２１  リフレクタ
２２  点灯電源
３０  湿度センサ
３１  酸素濃度センサ
３３  中継部材
４０  音圧計測手段
４１  音圧センサ
４２  音圧波形測定回路
４３  絶対音圧値変換回路
４４  補正回路
５０  動作状態判別手段
５１  動作状態判別回路
６０、６１  表示部
７１  パージ室
７２  フラッシュランプ
７３  マイクロフォン
７４  温度計
７５  湿度計
７６  酸素濃度計
７７  ガス導入口
７８  エアーの流れの向き
７９  窒素の流れの向き
８０  容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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